JPH07169992A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPH07169992A JPH07169992A JP31317993A JP31317993A JPH07169992A JP H07169992 A JPH07169992 A JP H07169992A JP 31317993 A JP31317993 A JP 31317993A JP 31317993 A JP31317993 A JP 31317993A JP H07169992 A JPH07169992 A JP H07169992A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 活性層内全体に均一に電流を広げ、外部への
光の取り出し効率を向上させることにより、黄色，緑色
等の短波長領域でも高輝度の発光が可能な半導体発光装
置を実現する。 【構成】 n-GaAs基板１１上に、InGaAlP からなるｎ型
クラッド層１２、活性層１３、ｐ型クラッド層１４を順
次形成し、このｐ型クラッド層１４の上にp 型InAlP か
らなる第２の電流拡散層１５を形成し、この第２の電流
拡散層１５の上にｐ型GaAlAsからなる第１の電流拡散層
１６を形成し、この第１の電流拡散層１６の上の一部に
コンタクト層１７とｐ側電極１８を形成し、基板１１の
裏面側にｎ側電極１９を形成している。そして、第１の
電流拡散層１６と第２の電流拡散層１５との間のヘテロ
障壁が第１の電流拡散層１６とｐ型クラッド層１４との
間のヘテロ障壁よりも大きいことを特徴とする。
光の取り出し効率を向上させることにより、黄色，緑色
等の短波長領域でも高輝度の発光が可能な半導体発光装
置を実現する。 【構成】 n-GaAs基板１１上に、InGaAlP からなるｎ型
クラッド層１２、活性層１３、ｐ型クラッド層１４を順
次形成し、このｐ型クラッド層１４の上にp 型InAlP か
らなる第２の電流拡散層１５を形成し、この第２の電流
拡散層１５の上にｐ型GaAlAsからなる第１の電流拡散層
１６を形成し、この第１の電流拡散層１６の上の一部に
コンタクト層１７とｐ側電極１８を形成し、基板１１の
裏面側にｎ側電極１９を形成している。そして、第１の
電流拡散層１６と第２の電流拡散層１５との間のヘテロ
障壁が第１の電流拡散層１６とｐ型クラッド層１４との
間のヘテロ障壁よりも大きいことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、化合物半導体材料を
用いた半導体発光装置に関するものである。
用いた半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】以下、従来の半導体発光装置、特に活性
層にInGaAlP 系材料を用いた発光ダイオードについて説
明する。近年、交通情報表示板や広告表示板等、屋外で
使用される可視発光ダイオードの需要は急速に高まって
おり、高輝度化と多色化が強く要望されている。その中
でInGaAlP を活性層とする発光ダイオードは、従来のGa
P やGaAsP 等の間接遷移型の材料を用いたものに比べ、
緑色，黄色，橙色の高輝度発光が可能な光源として注目
されている。
層にInGaAlP 系材料を用いた発光ダイオードについて説
明する。近年、交通情報表示板や広告表示板等、屋外で
使用される可視発光ダイオードの需要は急速に高まって
おり、高輝度化と多色化が強く要望されている。その中
でInGaAlP を活性層とする発光ダイオードは、従来のGa
P やGaAsP 等の間接遷移型の材料を用いたものに比べ、
緑色，黄色，橙色の高輝度発光が可能な光源として注目
されている。
【０００３】図６に従来の半導体発光装置としてInGaAl
P 活性層を有する従来の発光ダイオードの断面構造を示
す。図６において、１はn-GaAs基板、２はn-InGaAlP ク
ラッド層、３はInGaAlP 活性層、４はp-InGaAlP クラッ
ド層、５はp-GaAlAs電流拡散層、６はp-GaAsコンタクト
層、７はAuZnからなるｐ側電極、８はAuGeからなるｎ側
電極である。
P 活性層を有する従来の発光ダイオードの断面構造を示
す。図６において、１はn-GaAs基板、２はn-InGaAlP ク
ラッド層、３はInGaAlP 活性層、４はp-InGaAlP クラッ
ド層、５はp-GaAlAs電流拡散層、６はp-GaAsコンタクト
層、７はAuZnからなるｐ側電極、８はAuGeからなるｎ側
電極である。
【０００４】この従来の半導体発光装置の製造工程にお
ける結晶成長には、有機金属気相成長(MOCVD) 法が主に
用いられている。p-GaAlAs電流拡散層５の上面から光を
取り出すので、ｐ側電極７はp-GaAlAs電流拡散層５の上
の一部に形成されている。また、InGaAlP 活性層３のエ
ネルギーギャップは、クラッド層２，４のそれより小さ
くなるように混晶組成が設定されており、キャリアが活
性層３に閉じ込められ高効率の発光が可能なダブルへテ
ロ構造をなしている。
ける結晶成長には、有機金属気相成長(MOCVD) 法が主に
用いられている。p-GaAlAs電流拡散層５の上面から光を
取り出すので、ｐ側電極７はp-GaAlAs電流拡散層５の上
の一部に形成されている。また、InGaAlP 活性層３のエ
ネルギーギャップは、クラッド層２，４のそれより小さ
くなるように混晶組成が設定されており、キャリアが活
性層３に閉じ込められ高効率の発光が可能なダブルへテ
ロ構造をなしている。
【０００５】一方、p-GaAlAs電流拡散層５の膜厚は７μ
ｍに設定されている。電流拡散層５には二つの効果があ
り、第１の効果は電流が電流拡散層５を通る過程で電流
をチップ全体に広げることであり、第２の効果は電流拡
散層５とp-InGaAlP クラッド層４の界面に生じる価電子
帯のヘテロ障壁により電流を広げることである。ヘテロ
障壁で電流が広がるのは、そこで生じる過剰な電圧降下
を低減するために、電流がヘテロ界面で拡散することで
電流密度を下げようとするからである。電流拡散層５が
低抵抗で膜厚が大きいほど第１の効果はより有効にな
り、電流拡散層５とp-InGaAlP クラッド層４の界面に生
じる価電子帯のヘテロ障壁が大きいほど第２の効果はよ
り有効になる。電流拡散層５の膜厚を１μｍから５μｍ
へ増大したとき発光効率が一桁程度向上することから、
上記従来の構造では主に第１の効果によって電流が広が
っており、ヘテロ障壁は電流広がりの効果が顕著になる
ほどには大きくないといえる。また電流拡散層５の組成
は、InGaAlP 活性層３からの発光波長に対してほぼ透明
になるように設定されている。
ｍに設定されている。電流拡散層５には二つの効果があ
り、第１の効果は電流が電流拡散層５を通る過程で電流
をチップ全体に広げることであり、第２の効果は電流拡
散層５とp-InGaAlP クラッド層４の界面に生じる価電子
帯のヘテロ障壁により電流を広げることである。ヘテロ
障壁で電流が広がるのは、そこで生じる過剰な電圧降下
を低減するために、電流がヘテロ界面で拡散することで
電流密度を下げようとするからである。電流拡散層５が
低抵抗で膜厚が大きいほど第１の効果はより有効にな
り、電流拡散層５とp-InGaAlP クラッド層４の界面に生
じる価電子帯のヘテロ障壁が大きいほど第２の効果はよ
り有効になる。電流拡散層５の膜厚を１μｍから５μｍ
へ増大したとき発光効率が一桁程度向上することから、
上記従来の構造では主に第１の効果によって電流が広が
っており、ヘテロ障壁は電流広がりの効果が顕著になる
ほどには大きくないといえる。また電流拡散層５の組成
は、InGaAlP 活性層３からの発光波長に対してほぼ透明
になるように設定されている。
【０００６】図６において順方向に電圧をかけると、以
上に示したように電流はp-GaAlAs電流拡散層５で広げら
れ、活性層３に注入されることになり、発光領域は活性
層３のｐ側電極７の直下以外の領域にも広がる。したが
って上面方向に光を取り出す場合、ｐ側電極７によって
遮られる割合が減少するので、光の取り出し効率は増加
し、橙色等の長波長領域では高輝度化が実現されてい
る。
上に示したように電流はp-GaAlAs電流拡散層５で広げら
れ、活性層３に注入されることになり、発光領域は活性
層３のｐ側電極７の直下以外の領域にも広がる。したが
って上面方向に光を取り出す場合、ｐ側電極７によって
遮られる割合が減少するので、光の取り出し効率は増加
し、橙色等の長波長領域では高輝度化が実現されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、次のような問題点があった。第１は、結晶
成長に用いられるMOCVD 法は、他の結晶成長法に比べ成
長速度が１〜３μｍ／ｈと低く、電流拡散層５として十
分な２０μｍ以上の膜厚を得るには長時間の成長が必要
となるが、このことは生産性の低下や、活性層３への上
部クラッド層４等からの不純物拡散による発光効率の低
下という問題を引き起こすため、電流拡散層５の膜厚を
せいぜい５〜１０μｍ程度にしかできないことである。
の構成では、次のような問題点があった。第１は、結晶
成長に用いられるMOCVD 法は、他の結晶成長法に比べ成
長速度が１〜３μｍ／ｈと低く、電流拡散層５として十
分な２０μｍ以上の膜厚を得るには長時間の成長が必要
となるが、このことは生産性の低下や、活性層３への上
部クラッド層４等からの不純物拡散による発光効率の低
下という問題を引き起こすため、電流拡散層５の膜厚を
せいぜい５〜１０μｍ程度にしかできないことである。
【０００８】第２は、電流拡散層５とp-InGaAlP クラッ
ド層４の界面に生じる価電子帯のヘテロ障壁をこれ以上
大きくすることができるということである。つまり、p-
GaAlAs電流拡散層５のAl混晶比を下げるか、或はp-InGa
AlP クラッド層４のAl混晶比を上げることにより、上記
ヘテロ障壁をより大きくすることができるが、前者の場
合には、活性層３からの発光の吸収が増加し、また後者
の場合には、p-InGaAlP クラッド層４のドーピング効率
が低下するので、何れの場合にも発光効率が低下してし
まう。
ド層４の界面に生じる価電子帯のヘテロ障壁をこれ以上
大きくすることができるということである。つまり、p-
GaAlAs電流拡散層５のAl混晶比を下げるか、或はp-InGa
AlP クラッド層４のAl混晶比を上げることにより、上記
ヘテロ障壁をより大きくすることができるが、前者の場
合には、活性層３からの発光の吸収が増加し、また後者
の場合には、p-InGaAlP クラッド層４のドーピング効率
が低下するので、何れの場合にも発光効率が低下してし
まう。
【０００９】したがって上記従来の構造では電流広がり
の大きさは十分でなく、電流は活性層３に均一に注入さ
れていないため、発光効率の低下する黄色，緑色等の短
波長領域では高輝度化の実現が困難であった。この発明
は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、活
性層における電流分布を改善し、黄色，緑色等の短波長
領域でも高輝度の発光が可能な半導体発光装置を提供す
ることである。
の大きさは十分でなく、電流は活性層３に均一に注入さ
れていないため、発光効率の低下する黄色，緑色等の短
波長領域では高輝度化の実現が困難であった。この発明
は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、活
性層における電流分布を改善し、黄色，緑色等の短波長
領域でも高輝度の発光が可能な半導体発光装置を提供す
ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の半導体発
光装置は、活性層を導電型の異なる第１および第２のク
ラッド層で挟んだダブルへテロ構造部と、活性層に対し
て第１のクラッド層側に形成した第１の電流拡散層とを
備えてあり、第１の電流拡散層の層中、または第１の電
流拡散層と第１のクラッド層との層間に、第１の電流拡
散層との間のヘテロ障壁が、第１の電流拡散層と第１の
クラッド層との間のヘテロ障壁よりも大きい第２の電流
拡散層を設けたことを特徴とする。
光装置は、活性層を導電型の異なる第１および第２のク
ラッド層で挟んだダブルへテロ構造部と、活性層に対し
て第１のクラッド層側に形成した第１の電流拡散層とを
備えてあり、第１の電流拡散層の層中、または第１の電
流拡散層と第１のクラッド層との層間に、第１の電流拡
散層との間のヘテロ障壁が、第１の電流拡散層と第１の
クラッド層との間のヘテロ障壁よりも大きい第２の電流
拡散層を設けたことを特徴とする。
【００１１】請求項２記載の半導体発光装置は、請求項
１記載の半導体発光装置において、第１および第２のク
ラッド層がInGaAlP からなり、かつ第１の電流拡散層が
GaAlAsからなり、かつ第２の電流拡散層がInAlP ，InGa
AlP ，GaP またはInGaP からなる。
１記載の半導体発光装置において、第１および第２のク
ラッド層がInGaAlP からなり、かつ第１の電流拡散層が
GaAlAsからなり、かつ第２の電流拡散層がInAlP ，InGa
AlP ，GaP またはInGaP からなる。
【００１２】
【作用】この発明の構成によれば、第１の電流拡散層の
層中、または第１の電流拡散層と第１のクラッド層との
層間に、第１の電流拡散層との間のヘテロ障壁が、第１
の電流拡散層と第１のクラッド層との間のヘテロ障壁よ
りも大きい第２の電流拡散層を設けたことにより、第２
の電流拡散層と第１の電流拡散層との間のヘテロ障壁に
よる電流広がりの効果が、第１の電流拡散層による電流
広がりの効果と同程度に大きくなる。したがって電流は
十分広がり、活性層全体に均一に注入されることにな
り、活性層の電極の直下以外の領域で発光する割合が増
大し、光の取り出し効率が向上する。
層中、または第１の電流拡散層と第１のクラッド層との
層間に、第１の電流拡散層との間のヘテロ障壁が、第１
の電流拡散層と第１のクラッド層との間のヘテロ障壁よ
りも大きい第２の電流拡散層を設けたことにより、第２
の電流拡散層と第１の電流拡散層との間のヘテロ障壁に
よる電流広がりの効果が、第１の電流拡散層による電流
広がりの効果と同程度に大きくなる。したがって電流は
十分広がり、活性層全体に均一に注入されることにな
り、活性層の電極の直下以外の領域で発光する割合が増
大し、光の取り出し効率が向上する。
【００１３】
【実施例】図１はこの発明の第１の実施例の半導体発光
装置の概略構造を示す断面図である。１１はn-GaAs基板
であり、この基板１１上にはn-InGaAlP クラッド層１
２、InGaAlP 活性層１３及びp-InGaAlP クラッド層１４
からなるダブルヘテロ構造部が形成されている。ダブル
ヘテロ構造部上には、p-InAlP 第２の電流拡散層１５が
形成され、この第２の電流拡散層１５上にはp-GaAlAs第
１の電流拡散層１６が形成され、この第１の電流拡散層
１６上の一部にp-GaAsコンタクト層１７が形成されてい
る。そしてコンタクト層１７上にAuZnからなるｐ側電極
１８が形成され、基板１１の下面にAuGeからなるｎ側電
極１９が形成されている。
装置の概略構造を示す断面図である。１１はn-GaAs基板
であり、この基板１１上にはn-InGaAlP クラッド層１
２、InGaAlP 活性層１３及びp-InGaAlP クラッド層１４
からなるダブルヘテロ構造部が形成されている。ダブル
ヘテロ構造部上には、p-InAlP 第２の電流拡散層１５が
形成され、この第２の電流拡散層１５上にはp-GaAlAs第
１の電流拡散層１６が形成され、この第１の電流拡散層
１６上の一部にp-GaAsコンタクト層１７が形成されてい
る。そしてコンタクト層１７上にAuZnからなるｐ側電極
１８が形成され、基板１１の下面にAuGeからなるｎ側電
極１９が形成されている。
【００１４】図１に示した構造において、各層の膜厚は
以下のように設定されている。すなわち、n-GaAs基板１
１(110μｍ) 、n-InGaAlP クラッド層１２(1μｍ) 、In
GaAlP 活性層１３(0.5μｍ) 、p-InGaAlP クラッド層１
４(1μｍ) 、p-InAlP 第２の電流拡散層１５(0.1μｍ)
、p-GaAlAs第１の電流拡散層１６(7μｍ) 、p-GaAsコ
ンタクト層１７(0.2μｍ) である。
以下のように設定されている。すなわち、n-GaAs基板１
１(110μｍ) 、n-InGaAlP クラッド層１２(1μｍ) 、In
GaAlP 活性層１３(0.5μｍ) 、p-InGaAlP クラッド層１
４(1μｍ) 、p-InAlP 第２の電流拡散層１５(0.1μｍ)
、p-GaAlAs第１の電流拡散層１６(7μｍ) 、p-GaAsコ
ンタクト層１７(0.2μｍ) である。
【００１５】p-InAlP 第２の電流拡散層１５の膜厚は、
抵抗を下げるため第１の電流拡散層１６と第２の電流拡
散層１５の間のヘテロ障壁による電流広がりの効果が十
分である範囲で薄くすることが望ましい。またこの実施
例では黄緑色の発光（波長570 ｎｍ）を得るために、各
層の組成を、活性層１３はIn0.5(Ga0.6Al0.4)0.5P と
し、活性層１３に注入されたキャリアを閉じこめるため
にｎとｐ型クラッド層１２、１４はどちらもIn0.5(Ga
0.3Al0.7)0.5P とし、活性層１３からの発光に対して透
明になるように第１の電流拡散層１６はGa0.15Al0.85As
とした。
抵抗を下げるため第１の電流拡散層１６と第２の電流拡
散層１５の間のヘテロ障壁による電流広がりの効果が十
分である範囲で薄くすることが望ましい。またこの実施
例では黄緑色の発光（波長570 ｎｍ）を得るために、各
層の組成を、活性層１３はIn0.5(Ga0.6Al0.4)0.5P と
し、活性層１３に注入されたキャリアを閉じこめるため
にｎとｐ型クラッド層１２、１４はどちらもIn0.5(Ga
0.3Al0.7)0.5P とし、活性層１３からの発光に対して透
明になるように第１の電流拡散層１６はGa0.15Al0.85As
とした。
【００１６】上記構造が従来の構造と異なる点は、p-In
GaAlP クラッド層１４とp-GaAlAs第１の電流拡散層１６
の間にp-InAlP 第２の電流拡散層１５を形成したことで
あり、この構造の優位性について以下に説明する。図６
に示すような従来の構造においては、電流の広がりを大
きくするために、長時間成長によりp-GaAlAs電流拡散層
５の膜厚を厚くしたり、電流拡散層５とp-InGaAlP クラ
ッド層４の間の価電子帯のヘテロ障壁を電流拡散層５と
ｐ型クラッド層４の組成を変更することで大きくするこ
とは、発光効率の低下を招き適当でないこと、また電流
は主に電流拡散層５を通る過程で広げられており、ヘテ
ロ障壁による電流広がりの効果は電流拡散層５とｐ型ク
ラッド層４の間の価電子帯のヘテロ障壁が小さいため、
顕著でないことは既に述べた。図６に示す従来の構造に
おいて黄緑色の発光を得るために、図１と対応する各層
の組成を同じにすると電流拡散層５とｐ型クラッド層４
の間の価電子帯のヘテロ障壁は0.17ｅＶであるのに対
し、図１では第１の電流拡散層１６と第２の電流拡散層
１５の間のそれは0.27ｅＶとなる。
GaAlP クラッド層１４とp-GaAlAs第１の電流拡散層１６
の間にp-InAlP 第２の電流拡散層１５を形成したことで
あり、この構造の優位性について以下に説明する。図６
に示すような従来の構造においては、電流の広がりを大
きくするために、長時間成長によりp-GaAlAs電流拡散層
５の膜厚を厚くしたり、電流拡散層５とp-InGaAlP クラ
ッド層４の間の価電子帯のヘテロ障壁を電流拡散層５と
ｐ型クラッド層４の組成を変更することで大きくするこ
とは、発光効率の低下を招き適当でないこと、また電流
は主に電流拡散層５を通る過程で広げられており、ヘテ
ロ障壁による電流広がりの効果は電流拡散層５とｐ型ク
ラッド層４の間の価電子帯のヘテロ障壁が小さいため、
顕著でないことは既に述べた。図６に示す従来の構造に
おいて黄緑色の発光を得るために、図１と対応する各層
の組成を同じにすると電流拡散層５とｐ型クラッド層４
の間の価電子帯のヘテロ障壁は0.17ｅＶであるのに対
し、図１では第１の電流拡散層１６と第２の電流拡散層
１５の間のそれは0.27ｅＶとなる。
【００１７】図１に示した構造の素子を作製し順方向に
電流を流したところ、黄緑色で従来の約１．５倍の輝度
が得られた。図２，図３は、それぞれ図１，図６の素子
構造でのp-GaAlAs電流拡散層１６，５の上面における発
光強度の分布をｐ側電極１８，７の中心を通る直線（図
中ＡＢ，ＣＤ）に沿って表わしたものである（ニアフィ
ールドパターン）。この図２，図３から、図１の素子構
造では図６のそれに比べて、ｐ側電極１８の直下以外の
活性層１３で発光する割合が大幅に増加していることが
わかる。このことから、第１の電流拡散層１６とｐ型ク
ラッド層１４の間にp-InAlP 第２の電流拡散層１５を設
けたことにより形成された、大きなヘテロ障壁による電
流広がりの効果が、第１の電流拡散層１６によるそれと
同程度にまで顕著になり、電流広がりが大きく改善され
ていると言える。
電流を流したところ、黄緑色で従来の約１．５倍の輝度
が得られた。図２，図３は、それぞれ図１，図６の素子
構造でのp-GaAlAs電流拡散層１６，５の上面における発
光強度の分布をｐ側電極１８，７の中心を通る直線（図
中ＡＢ，ＣＤ）に沿って表わしたものである（ニアフィ
ールドパターン）。この図２，図３から、図１の素子構
造では図６のそれに比べて、ｐ側電極１８の直下以外の
活性層１３で発光する割合が大幅に増加していることが
わかる。このことから、第１の電流拡散層１６とｐ型ク
ラッド層１４の間にp-InAlP 第２の電流拡散層１５を設
けたことにより形成された、大きなヘテロ障壁による電
流広がりの効果が、第１の電流拡散層１６によるそれと
同程度にまで顕著になり、電流広がりが大きく改善され
ていると言える。
【００１８】図４はこの発明の第２の実施例の半導体発
光装置の概略構造を示す断面図である。なお、図１と同
一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略す
る。２０はp-GaAs基板、２１はn-GaAsコンタクト層であ
る。この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点
は、基板の導電型と第１の電流拡散層１６と第２の電流
拡散層１５が活性層の下にあることである。しかし、本
質的な差異はなく、p-InGaAlP クラッド層１４とp-GaAl
As第１の電流拡散層１６の間にp-InAlP 第２の電流拡散
層１５を形成することにより生じる、第１の電流拡散層
１６と第２の電流拡散層１５の間の大きなヘテロ障壁に
より、電流は広がりが改善され、外部への光の取り出し
効率が向上するのは、第１の実施例と同じである。
光装置の概略構造を示す断面図である。なお、図１と同
一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略す
る。２０はp-GaAs基板、２１はn-GaAsコンタクト層であ
る。この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点
は、基板の導電型と第１の電流拡散層１６と第２の電流
拡散層１５が活性層の下にあることである。しかし、本
質的な差異はなく、p-InGaAlP クラッド層１４とp-GaAl
As第１の電流拡散層１６の間にp-InAlP 第２の電流拡散
層１５を形成することにより生じる、第１の電流拡散層
１６と第２の電流拡散層１５の間の大きなヘテロ障壁に
より、電流は広がりが改善され、外部への光の取り出し
効率が向上するのは、第１の実施例と同じである。
【００１９】この発明の第３の実施例は、上記第１の実
施例において第２の電流拡散層１５としてp-In0.5(Ga
1-X AlX )0.5P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)を用いた場合である。第
２の電流拡散層１５の材料が異なる以外は、第３の実施
例の半導体発光装置の概略構造は図１と同一である。図
５に第２の電流拡散層１５のAl混晶比Ｘを0.7 から1.0
まで変化させたときの発光効率のAl混晶比依存性を示
す。また横軸には各混晶比に対応する第１の電流拡散層
１６と第２の電流拡散層１５との間のヘテロ障壁の大き
さも併せて示している。
施例において第２の電流拡散層１５としてp-In0.5(Ga
1-X AlX )0.5P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)を用いた場合である。第
２の電流拡散層１５の材料が異なる以外は、第３の実施
例の半導体発光装置の概略構造は図１と同一である。図
５に第２の電流拡散層１５のAl混晶比Ｘを0.7 から1.0
まで変化させたときの発光効率のAl混晶比依存性を示
す。また横軸には各混晶比に対応する第１の電流拡散層
１６と第２の電流拡散層１５との間のヘテロ障壁の大き
さも併せて示している。
【００２０】Al混晶比Ｘが0.7 以上、すなわち第１の電
流拡散層１６と第２の電流拡散層１５との間のヘテロ障
壁の大きさが、第１の電流拡散層１６とｐ型クラッド層
１４との間のヘテロ障壁の大きさである0.17ｅＶ以上に
なると発光効率は著しく増大し、Al混晶比Ｘが0.85以
上、すなわち第１の電流拡散層１６と第２の電流拡散層
１５との間のヘテロ障壁の大きさが0.22ｅＶ以上で発光
効率はAl混晶比Ｘが0.7である場合に比較して50％程度
上昇し飽和している。このように第１の電流拡散層１６
とｐ型クラッド層１４の間に、第１の電流拡散層１６と
の間のヘテロ障壁が、第１の電流拡散層１６とｐ型クラ
ッド層１４との間のヘテロ障壁よりも大きいIn0.5(Ga
1-X AlX )0.5P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)からなる第２の電流拡散
層１５を設けることにより、発光効率を著しく向上させ
ることができた。この系においては特にAl混晶比Ｘが0.
85以上のときに発光効率の向上は顕著であった。
流拡散層１６と第２の電流拡散層１５との間のヘテロ障
壁の大きさが、第１の電流拡散層１６とｐ型クラッド層
１４との間のヘテロ障壁の大きさである0.17ｅＶ以上に
なると発光効率は著しく増大し、Al混晶比Ｘが0.85以
上、すなわち第１の電流拡散層１６と第２の電流拡散層
１５との間のヘテロ障壁の大きさが0.22ｅＶ以上で発光
効率はAl混晶比Ｘが0.7である場合に比較して50％程度
上昇し飽和している。このように第１の電流拡散層１６
とｐ型クラッド層１４の間に、第１の電流拡散層１６と
の間のヘテロ障壁が、第１の電流拡散層１６とｐ型クラ
ッド層１４との間のヘテロ障壁よりも大きいIn0.5(Ga
1-X AlX )0.5P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)からなる第２の電流拡散
層１５を設けることにより、発光効率を著しく向上させ
ることができた。この系においては特にAl混晶比Ｘが0.
85以上のときに発光効率の向上は顕著であった。
【００２１】この発明の第４の実施例は、上記第１の実
施例において第２の電流拡散層１５としてp-GaX In1-X
P(0.5 ＜Ｘ＜1.0)あるいはp-GaP を用いた場合である。
第２の電流拡散層１５の材料が異なる以外は、第４の実
施例の半導体発光装置の概略構造は図１と同一である。
この場合も上記第１と第３の実施例と同様に発光効率が
著しく向上した。上記第１と第３の実施例で第２の電流
拡散層１５として用いたInAlP とIn0.5(Ga1-X AlX )0.5
P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)がGaAsとの格子整合系であるのに対し
て、GaX In1-X P(0.5 ＜Ｘ＜1.0)とGaP は格子不整系で
あるが、第４の実施例の素子は安定した信頼性を示し
た。
施例において第２の電流拡散層１５としてp-GaX In1-X
P(0.5 ＜Ｘ＜1.0)あるいはp-GaP を用いた場合である。
第２の電流拡散層１５の材料が異なる以外は、第４の実
施例の半導体発光装置の概略構造は図１と同一である。
この場合も上記第１と第３の実施例と同様に発光効率が
著しく向上した。上記第１と第３の実施例で第２の電流
拡散層１５として用いたInAlP とIn0.5(Ga1-X AlX )0.5
P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)がGaAsとの格子整合系であるのに対し
て、GaX In1-X P(0.5 ＜Ｘ＜1.0)とGaP は格子不整系で
あるが、第４の実施例の素子は安定した信頼性を示し
た。
【００２２】以上のように上記実施例によれば、第１の
電流拡散層１６とｐ型クラッド層１４の間に、第１の電
流拡散層１６との間のヘテロ障壁が、第１の電流拡散層
１６とｐ型クラッド層１４との間のヘテロ障壁よりも大
きい第２の電流拡散層１５を設けることにより、電流が
活性層１３全体に均一に注入され、光の取り出し効率を
向上させることができるので、黄色，緑色等の短波長領
域でも高輝度の発光が可能な半導体発光装置を実現する
ことができる。
電流拡散層１６とｐ型クラッド層１４の間に、第１の電
流拡散層１６との間のヘテロ障壁が、第１の電流拡散層
１６とｐ型クラッド層１４との間のヘテロ障壁よりも大
きい第２の電流拡散層１５を設けることにより、電流が
活性層１３全体に均一に注入され、光の取り出し効率を
向上させることができるので、黄色，緑色等の短波長領
域でも高輝度の発光が可能な半導体発光装置を実現する
ことができる。
【００２３】なお、この発明は上述した実施例に限定さ
れるものではない。例えば、図４に示す第２の実施例に
おいて、第２の電流拡散層１５としてp-In 0.5(Ga1-X Al
X )0.5P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)，p-GaX In1-X P(0.5 ＜Ｘ＜1.
0)またはp-GaP を用いても同様の効果を得ることができ
る。また、第１の実施例では、p-InGaAlP クラッド層１
４とp-GaAlAs第１の電流拡散層１６の間にp-InAlP 第２
の電流拡散層１５を形成したが、p-GaAlAs第１の電流拡
散層１６の層中にp-InAlP 第２の電流拡散層１５を形成
しても同様の効果を得ることができる。このことは、第
２，第３および第４の実施例においても同様である。
れるものではない。例えば、図４に示す第２の実施例に
おいて、第２の電流拡散層１５としてp-In 0.5(Ga1-X Al
X )0.5P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)，p-GaX In1-X P(0.5 ＜Ｘ＜1.
0)またはp-GaP を用いても同様の効果を得ることができ
る。また、第１の実施例では、p-InGaAlP クラッド層１
４とp-GaAlAs第１の電流拡散層１６の間にp-InAlP 第２
の電流拡散層１５を形成したが、p-GaAlAs第１の電流拡
散層１６の層中にp-InAlP 第２の電流拡散層１５を形成
しても同様の効果を得ることができる。このことは、第
２，第３および第４の実施例においても同様である。
【００２４】また上記実施例では、第２の電流拡散層１
５にInAlP ，In0.5(Ga1-X AlX )0.5P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)，
GaX In1-X P(0.5 ＜Ｘ＜1.0)，GaP を用いたが、第１の
電流拡散層１６と第２の電流拡散層１５の間に、第１の
電流拡散層１６とP 型クラッド層１４の間よりも大きな
価電子帯のヘテロ障壁が形成される材料であれば同様の
効果が期待できる。
５にInAlP ，In0.5(Ga1-X AlX )0.5P(0.7 ＜Ｘ＜1.0)，
GaX In1-X P(0.5 ＜Ｘ＜1.0)，GaP を用いたが、第１の
電流拡散層１６と第２の電流拡散層１５の間に、第１の
電流拡散層１６とP 型クラッド層１４の間よりも大きな
価電子帯のヘテロ障壁が形成される材料であれば同様の
効果が期待できる。
【００２５】また上記実施例では、第１の電流拡散層１
５にGaAlAsを用いたが、活性層１３の発光に対して透明
となるようなバンドギャップを有するもので、かつ望ま
しくは抵抗が小さい材料であればよい。また、第１，
３，４の実施例ではｎ型の基板、第２の実施例ではｐ型
の基板を用いたが導電型が逆でもかまわない。このとき
は各半導体層の導電型を逆にすればよい。
５にGaAlAsを用いたが、活性層１３の発光に対して透明
となるようなバンドギャップを有するもので、かつ望ま
しくは抵抗が小さい材料であればよい。また、第１，
３，４の実施例ではｎ型の基板、第２の実施例ではｐ型
の基板を用いたが導電型が逆でもかまわない。このとき
は各半導体層の導電型を逆にすればよい。
【００２６】また、上記実施例ではダブルへテロ構造部
にInGaAlP 系材料を用いた発光ダイオードについて述べ
たが、GaAlAs系材料等他の材料を用いた発光ダイオード
にもこの発明を適用することができる。その他この発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して用いることがで
きる。
にInGaAlP 系材料を用いた発光ダイオードについて述べ
たが、GaAlAs系材料等他の材料を用いた発光ダイオード
にもこの発明を適用することができる。その他この発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して用いることがで
きる。
【００２７】
【発明の効果】以上のようにこの発明は、第１の電流拡
散層の層中、または第１の電流拡散層と第１のクラッド
層との層間に、第１の電流拡散層との間のヘテロ障壁
が、第１の電流拡散層と第１のクラッド層との間のヘテ
ロ障壁よりも大きい第２の電流拡散層を設けたことによ
り、電流が活性層全体に均一に注入される。したがって
活性層の電極の直下以外の領域で発光する割合が増大
し、光の取り出し効率を向上させることができるので、
黄色，緑色等の短波長領域でも高輝度の発光が可能な半
導体発光装置を実現することができる。
散層の層中、または第１の電流拡散層と第１のクラッド
層との層間に、第１の電流拡散層との間のヘテロ障壁
が、第１の電流拡散層と第１のクラッド層との間のヘテ
ロ障壁よりも大きい第２の電流拡散層を設けたことによ
り、電流が活性層全体に均一に注入される。したがって
活性層の電極の直下以外の領域で発光する割合が増大
し、光の取り出し効率を向上させることができるので、
黄色，緑色等の短波長領域でも高輝度の発光が可能な半
導体発光装置を実現することができる。
【図１】この発明の第１の実施例の半導体発光装置の素
子構造を示す断面図。
子構造を示す断面図。
【図２】この発明の第１の実施例の半導体発光装置のニ
アフィールドパターンを示す模式図。
アフィールドパターンを示す模式図。
【図３】従来の半導体発光装置のニアフィールドパター
ンを示す模式図。
ンを示す模式図。
【図４】この発明の第２の実施例の半導体発光装置の素
子構造を示す断面図。
子構造を示す断面図。
【図５】この発明の第３の実施例の半導体発光装置にお
ける第２の電流拡散層のAl混晶比と発光効率との関係を
示す特性図。
ける第２の電流拡散層のAl混晶比と発光効率との関係を
示す特性図。
【図６】従来の半導体発光装置の素子構造を示す断面
図。
図。
１１ n-GaAs基板 １２ n-InGaAlP クラッド層 １３ InGaAlP 活性層 １４ p-InGaAlP クラッド層 １５ p-InAlP 第２の電流拡散層 １６ p-GaAlAs第１の電流拡散層 ２０ p-GaAs基板
Claims (2)
- 【請求項１】 活性層を導電型の異なる第１および第２
のクラッド層で挟んだダブルへテロ構造部と、前記活性
層に対して前記第１のクラッド層側に形成した第１の電
流拡散層とを備えた半導体発光装置であって、 前記第１の電流拡散層の層中、または前記第１の電流拡
散層と前記第１のクラッド層との層間に、前記第１の電
流拡散層との間のヘテロ障壁が、前記第１の電流拡散層
と前記第１のクラッド層との間のヘテロ障壁よりも大き
い第２の電流拡散層を設けたことを特徴とする半導体発
光装置。 - 【請求項２】 第１および第２のクラッド層がInGaAlP
からなり、かつ第１の電流拡散層がGaAlAsからなり、か
つ第２の電流拡散層がInAlP ，InGaAlP ，GaPまたはInG
aP からなる請求項１記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31317993A JPH07169992A (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31317993A JPH07169992A (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169992A true JPH07169992A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18038062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31317993A Pending JPH07169992A (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07169992A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007150364A (ja) * | 2007-03-09 | 2007-06-14 | Hitachi Cable Ltd | 発光装置 |
| JP2009033211A (ja) * | 2008-11-12 | 2009-02-12 | Panasonic Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2009252860A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Hitachi Cable Ltd | 半導体発光素子 |
| CN102299224A (zh) * | 2011-09-15 | 2011-12-28 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种发光二极管 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04229665A (ja) * | 1990-08-20 | 1992-08-19 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JPH05267715A (ja) * | 1992-03-24 | 1993-10-15 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
-
1993
- 1993-12-14 JP JP31317993A patent/JPH07169992A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04229665A (ja) * | 1990-08-20 | 1992-08-19 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JPH05267715A (ja) * | 1992-03-24 | 1993-10-15 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007150364A (ja) * | 2007-03-09 | 2007-06-14 | Hitachi Cable Ltd | 発光装置 |
| JP2009252860A (ja) * | 2008-04-03 | 2009-10-29 | Hitachi Cable Ltd | 半導体発光素子 |
| JP2009033211A (ja) * | 2008-11-12 | 2009-02-12 | Panasonic Corp | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| CN102299224A (zh) * | 2011-09-15 | 2011-12-28 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种发光二极管 |
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